Diagrama simplificado do processo kraft

Transcrição

1 Diagrama simplificado do processo kraft Ref. básica para estudo: Capítulos 6: Ek M, Gellerstedt G, Henriksson G. Pulping Chemistry and Technology (Volume 2). Berlin, Walter de Gruyter,

2 Digestor Volume dos digestores que operam em batelada: m 3 A produção de polpa (por linha de produção) chega a 1500 t/dia Tempo de cozimento: 2-6 horas Temperatura de cozimento: ºC Pressão no digestor: P vapor /função da temperatura

3 VÁRIOS TIPOS DE DIGESTORES SÃO USADOS A) Fluxo descendente (down-flow) B) Digestor com lavagem interna da polpa C) Digestor onde a temperatura é diminuída antes da descarga D) Digestor com cozimento em contra corrente Reator em batelada (sistemas antigos)

4 Reator Kamir, sistema contínuo

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6 New challenges in chemical cooking group studies

7 Reações químicas no interior do digestor Composição típica do licor de polpação kraft Componente Concentração (g/l) - licor branco NaOH 65,6 Na 2 CO 3 25,6 Na 2 S 30,4 Na 2 SO 4 1,6 Na 2 S 2 O 3 0,1 A razão sólido/líquido é determinada pelo tamanho do digestor e pelo empacotamento dos cavacos dentro do reator. Varia entre 1:4 a 1:10. Normalmente, a impregnação dos cavacos é mais fácil, quanto menor a relação sólido líquido

8 Dissolução de lignina em concentrações crescentes de íons sulfeto (madeira de 160 o C)

9 Degradação e dissolução da lignina Processo meramente alcalino (processo SODA) versus Processo contendo íons hidrosulfeto (kraft)

10 A carga de álcali no licor é um fator importante O álcali efetivo é expresso como: NaOH + ½ Na 2 S, pois: Na 2 S + H 2 O NaOH + NaHS É muito comum se utilizar a concentração de reagentes expressos como álcali ativo: AA = NaOH + Na 2 S Outro parâmetro fundamental é a sulfidez: Sulfidez = 100 x Na 2 S / (NaOH + Na 2 S) Os valores de AA e sulfidez variam entre 14-23% e 20-30%, respectivamente (expressos como g de NaOH/100 g de madeira em base seca)

11 Deslignificação diferenciada entre madeiras de coníferas e folhosas

12 Rendimento na polpação kraft >> 45-55% Porquê? 1. Grupos acetila são facilmente saponificados > Não explica baixa expressiva no rendimento

13 Rendimento na polpação kraft >> 45-55%, Porquê? 2. Reação de peeling >> Início somente no terminal redutor >> Liberam outro terminal redutor, susceptível a nova reação degradativa >> Ocorrem a temperaturas superiores a 100 ºC

14 Hidrólise alcalina >> Depende da desprotonação da hidroxila do carbono 2 do anel glicosídico >> Por envolver a quebra das ligações glicosídicas, gera novos terminais redutores, susceptíveis às reações de "peeling >> Ocorrem somente acima de 150 ºC

15 Reação de peeling Hidrólise alcalina

16 Perda de polissacarídeos em coníferas Linha cheia = baixa carga de AA Linha pontilhada = alta carga de AA baixa carga de AA alta carga de AA

17 Perda de polissacarídeos em folhosas baixa carga de AA alta carga de AA

18 Sumário dos valores de rendimento de cada componente após o cozimento kraft em parêntesis: original na madeira os dados são expressos com base na massa de madeira inicial usada no processo (balanço de massas)

19 Formação de ácido hexenurônico (problemas para o branqueamento em madeiras de folhosas)

20 Velocidade de dissolução dos componentes da madeira no processo Kraft e soda

21 Há 3 fases distintas de deslignificação Fase inicial: consumo extensivo de álcali por ácidos e ésteres presentes nos polissacarídeos e extrativos >>> baixa eficiência de deslignificação Fase bulk: deslignificação intensiva Fase final: deslignificação lenta >> perda expressiva de polissacarídeos

22 Polpação kraft - Controle de processo 1. Determinação de número Kappa >> substâncias residuais da polpa que reagem (consomem) com KMnO 4 em meio ácido, sob condições pré-definidas (25 o C/10 min)

23 2. Controle de processo fator H >> o fator H integra, em uma única variável, os efeitos da temperatura e do tempo de cozimento Vel e -Ea/RT

24 Número kappa 3. Controle de processo Carga de AA e sulfidez A mistura NaOH e Na 2 S é responsável pela deslignificação. A concentração de cada um e a relação entre essas concentrações afeta não só a eficiência de deslignificação como também a degradação dos polissacarídeos Álcali ativo (%) clone A Clone B AA = NaOH + Na 2 S Sulfidez = 100 x Na 2 S / (NaOH + Na 2 S) AA (entre 14-23%) e sulfidez (20-30%) típicos (expressos como g de NaOH/100 g de madeira em base seca) Todas as variáveis mencionadas são interdependentes e a qualidade da polpa obtida depende de todas as variáveis ao mesmo tempo, além de depender do tipo de reator utilizado.

25 Regeneração no processo kraft próxima aula - recuperação de inorgânicos e produção de energia Ref. básica para estudo: Capítulos 12 e 13: Ek M, Gellerstedt G, Henriksson G. Pulping Chemistry and Technology (Volume 2). Berlin, Walter de Gruyter, 2009 Como os inorgânicos são recuperados?